Сборный вал и способ его изготовления

 

Использование: автомобилестроение. Сущность изобретения: полый вал вы полней .из отдельных трубчатых элементов ступенчатой формы, концевые участки которых расположены внутри приводных элементов. Внутри вала на концевых участках трубчатых элементов установлена втулка. Полости втулок заглушают с двух сторон пробками и подают в них рабочую среду под давлением для раздачи втулок. Перед подачей рабочей среды на поверхность втулки наносят защитное покрытие. 2 с и 8 з.п. ф-лы, б ил.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИНЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Ф Брут; " " lt13 (21) 4742660/27 (22) 15.12.89 (46) 30,07.93. Бюл, № 28 (31) P 3842.592.0 (32) 17.12.88 (33) ОЕ (71) Эмитек Гезельшафт фюр Эмиссионстехнологи мБХ (ОЕ) (72) Хельмут Сварс (DE) (56) Патент ФРГ ¹ 3726083, кл. В 21 О

39/06, 1988. (54) СБОРНЫЙ ВАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Изобретение относится к машиностроениюю, в частности к сборному валу. состоящему из полого вала и укрепленных на нем приводных элементов, например, кулачков или зубчатых колес, и/или укрепленных на нем подшипниковых втулок.

Изобретение касается также способа для изготовления сборного, вала, в частности, коленчатого вала, передаточного вала или распределительного вала, в случае которого элементы гильз водятся в трубчатое тело и развальцовываются с пластической деформацией, причем трубчатые тела насажены друг на друга (или вставлены друг в друга) и/или причем приводные элементы или подшипниковые втулки насажены на трубчатые тела и осуществляется развальцовывание гильз с целью соединения с силовым замыканием элементов гилb3Äc насаженными друг на друга трубчатыми телами или вставленных друг в.друга трубчатых тел между собой или насаженных приводных элементов или подшипниковых втулок с трубчатыми телами;

„„5Ц „„1831597 А3 (я)5 F 16 С 3/12; В 21 0 39/06 (57) Использование: автомобилестроение, Сущность изобретения: полый вал выполнен.из отдельных трубчатых элементов ступенчатой формы, концевые участки которых расположены внутри приводных элементов.

Внутри вала на концевых участках трубчатых элементов установлена втулка. Полости втулок заглушают с двух сторон пробками и подают в них рабочую среду под давлением для раздачи втулок. Перед подачей рабочей среды на поверхность втулки наносят защитное покрытие. 2 с и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Целью изобретения является создание вала названного типа с улучшенной конструкцией и уменьшенными габаритами при одновременно хороших характеристиках прочности при кручении и изгибе, Кроме того, цель изобретения заключается в создании наиболее пригодного для 00 изготовления такого рода валов способа указанного выше типа, в случае которого можно отказаться от использования зондов с многократными уплотнениями обычного типа и с помощью которого можно умень- . О шить влияние источника ошибок при одно- 4 временном достижении рентабельности процесса. >

Это достигается тем, что полый вал составлен из отдельных трубчатых элементов, которые своими концевыми областями вставлены в приводные элементы или подшипниковые втулки и вне последних имеют ступенчато изменяющий увеличенный внешний диаметр, который увеличен по сравнению с их внутренним диаметром, . трубчатые элементы насажены-друг на друга

1831597 или вставлены друг в друга внутри приводного элемента или падшипниковой втулки, чта втулки внутри приводных элементов вставлены в насаженные друг на друга, или вставленные друг в друга трубчатые элемен- 5 ты, а трубчатые элементы соединены с силовым замыканием с приводными элементами или подшипниковыми гильзами.

Такого рода вап отличается высокой прочностью при кручении и изгибе вследствие наличия трубчатых элементов, увеличенных в диаметре по сравнению со сквозными отверстиями приводных элементов. Уступы трубчатых элементов могут прилегать к фронтальным частям приводных элементов и, следовательно, опираться о них, за счет чего достигается благоприятное влияние на прочность при изгибе. Осуществляемое с силовым замыканием соединение обеспечивается в случае тонкостенной кон- 2О струкции трубчатых элементов с помощью вставленных втулок, которые уменьшены до необходимых участков внутри приводных элементов с целью уменьшения габаритов.

Для обеспечения осуществляемого с си- 25 лавым замыканием соединения втулки могут эапрессовываться, вставляться ипи эапрессавываться в горячем состоянии на приводные элементы, Кроме того, втулки могут завальцавываться с памощьа механи- 3О ческих средств ипи с помощью гидравлических приспособлений с пластической деформацией, выходящей за пределы их упругости. Для этой цели используются как таковые зоны рабочей жидкости, 35

Преимущественна способ заключается в там, чта в открытые концы втулки герметична вставляются оснащенные сверленным отверстием заглушки и что образованное с помощью втулки и встав "О ленной заглушки полое пространства нагружается через отверстие в заглушке рабочей средой до достижения пластической радиальной деформации втулки.

Б соответствии с первой целесоабраз- 45 най формой исполнения перед нагружением давлением в полое пространства в частности, через отверстия в заглушках— водится покрытие. покрывающее, па меньшей, мере свободную внутреннюю поверх- 5О ность втулки и внешнюю область торцевой поверхности заглушек.

С помощью описанного таким образом способа во внутреннее пространство втулки вводится слой или имеющая форму пленки 55 масса, которая может проникать с образованием уплотнительнаго эффекта в существующий между заглушкой и втулкой уппотнительный зазор с целью обеспечения надежного уплотнения, Названное пакрытие представляет собой при этом лишь однократно использующийся материал, каторый в случае необходимости может частично оставаться во втулке также после ее развальцовывания. В отличие от случаев использования многократно применяющихся уплотнительных колец на корпусе зонда, в случае которого введение в уплотнительный зазор ведет к повреждениям. введение. использующегося в данном случае покрытия не только не оказывает вредного влияния на способ, но и способствует повышению уплатнительнаго эффекта.

Для ввода покрытия существуют различные возможности, например, после введения заглушек во втулки внутреннее покрытие может быть нанесено посредством распыления через сопла, введенное сквозь одно из отверстий в заглушках. В соответствии со следующей возможностью вставленные друг в друга втулки и заглушки заливают вязкотекучей жидкостью, которая прилипает к стенкам. При этом устройство может предпочтительно поворачиваться вокруг всех осей, Третья возможность нанесения покрытия заключается в том, что вводимая через отверстия в заглушках труба, выполненная из хорошо подвергающегося пластической деформации материала, вводится через заглушки и нагружается внутренним давлением, в результате чего обеспечивается его прилегание к стенкам втулки, В качестве материала для нанесения покрытия. могут использоваться пригодные, имеющие низкую температуру плавления металлы или прочие атвердевающие органические материалы.

В соответствии со второй целесообразной формой исполнения кольцевые зазоры между втулкой и заглушкой в полом пространстве могут уплотняться с помощью легко дефармируемых уплотнений, выполненных, в частности, из пластмассы или мягкого материала, которые одновременно устанавливаются уже при введении заглушек и которые под воздействием внутреннего давления прилегают ко внутренним кольцевым зазорам в полом пространстве и прижимаются к ним таким образом, что достигается абсолютная герметичность системы.

Усовершенствование описан ного выше процесса может заключаться.в -, ом, что заглушки вставлены ва втулки с прессовай посадкой, причем при необходимости можно полностью отказаться ат использования уплотнений. Эта происходит, в частности, в там случае, если прессавая посадка, которая может быть реализована, например, 1831597

10

20

30

55 также посредством «асаживания в горячем состоянии, сохраняется в те ение всего процесса радиальной деформации втулки.

После этого заглушки оставались бы в изготовленной трубе, В соответствии со следующей целесообразной формой исполнения заглушки могут вставляться во втулки с прессовой посадкой, реализованной, однако, таким образом, что она устраняется при радиальной деформации втулки, в результате чего заглушки могут быть впоследствии удалены.

Этот способ предполагает использование названных выше дополнительных средств для уплотнения полого пространства.

Следующая благоприятная форма исполнения способа заключается в том, что в качестве рабочей жидкости используется высоковязкая среда, например. воск, который самостоятельно оседает на кольцевом зазоре в полом пространстве между заглушкой и втулкой с созданием уплотняющего эффекта и обеспечивает воэможность приложения давления без использования специальных уплотнительных элементов.

Повышение давления с помощью воды или другого средства с малой вязкостью может осуществляться в этом случае в области отверстий заглушек — или при использовании многорядной конструкции — в области отверстия наружной заглушки.

Использующиеся заглушки, через отверстия которых осуществляется подвод рабочей жидкости, должны соединяться предпочтительно с агрегатом для выработки давления и также и это соединение подлежит уплотнению, в данном случае отказ уплотнения не является, однако, опасным.

В случае повторно использующихся заглушек названное соединение между заглушкой и агрегатом для выработки давления может представлять собой, например, абсолютно надежное обычное соединение высокого давления.

Если в соответствии с соответствующим изобретению способом осуществляется развальцовывание лишь одной единственной втулки, то в этом случае понятно, что при горизонтальном расположении отверстий в заглушках одно отверстие может служить для ввода рабочей среды, а другое— для деаэрации. В частности, при вертикальном расположении заглушек с их отверстиями одна из заглушек может быть выполнена, однако, также в качестве глухой заглушки беэ отверстия. .Поскольку, как правило, на одном валу должны быть деформированы несколько одинаковых втулок, особенно предпочтительным является случай, когда одна сквознэя заглушка с одним сквозным огверстием вставляет в концы двух соседних в1улок.

С целью облегчения ограниченного ввода заглушек во втулки на них в слу . „e благоприятного исполнения могу быть предусмотрены кольцевые уступы или прочие упоры, Особо благоприятная конструкция для осуществления соответствующего изобретению способа состоит применителы о к заранее смонтированным узлам из по

T. меньшей мере одной втулки и двух заглушек, которые оснащаются внутренним покрытием до того, как они будут введены в трубчатое тело или трубчатые элементы, подлежащие соединению друг с другом и/или фиксации нэ их элементах, Если при этом заглушки оснащены упомянутыми выше упорами, то в этом случае перед внутренним нагружением давлением необходима одна лишь фиксация внешних заглушек с целью гарантированной осевой защиты общей конструкции при последующем внут реннем нагружении втулок давлением.

Предварительно смонтированный узел из втулки и заглушек выполняется предпочтительно таким образом. что заглушки введены в концы втулок уже с прессовой посадкой.

Эта мера облегчает общий монтаж, а также необходимое уплотнение с помощью внутреннего покрытия. При развальцовывании втулок происходит устранение прессовой посадки и обеспечивается возмо>кность несложного осевого выдавливания ээглушек. Общая конструкция из вставленных друг в друга трубы и смонтированных с заглушками втулок вкладывается в своего рода штамп для обьемной штамповки, с помощью которого обеспечивается фиксация углового положения элементов или трубчатых элементов и одновременно компенсируется противодавление заглушки, которая расположена односторонне свободной в осевом направлении.

В соответствии с особо несложным принципом действия давление может вырабатываться внутри самого устройства, в то время как расположенные снаружи заглушки уплотняются и смещаются в осевом направлении или в сквозные отверстия заглушек, расположенных снаружи в осевом направлении, запрессовываются небольшие поршни, причем в данном случае действует та предпосылка, что внутреннее пространство гильз и сквозного отверстия предварительно заполнено рабочей жидкостью, предпочтительно водой, На фиг. 1 показано устройство для изготовления собранного коленчатого вала; на

1831597

15

40

Как видно на примере изображенной 45 заглушки 17, те заглушки, которые входят в

50 фиг. 2 — устройство для изготовления собранного расрпеделительного вала в одной форме исполнения; на фиг, 3 — устройство для изготовления собранного распределительного вала во второй форме исполнения; на фиг. 4 — устройство для изготовления собранного распределительного вала в третьей форме исполнения; на фиг; 5 — зонд для рабочей жидкости при изготовлении распределительного вала; на фиг. 6 — распределительный вал.

На фиг. 1 представлен участок коленчатого вала, охватывающий две щеки 1, 2 коленчатого вала, из которых последняя содержит противовес, На щеки коленчатого вала насажены выполненные в качестве трубчатых элементов цапфовые насадки 3—

6, которые соответствующими насадками

7,8 соседних щек плотно вставлены друг в друга с целью образования базовой цапфы

9, 10 или шатунной шейки,11. Во вставленные друг в друга части 7, 3, 6, 9 базовой цапфы 9, 10 вставлены первые симметричные втулки 12. 13. а во вставленные друг в друга части 4, 5 шатунной шейки 11 — следующая несимметричная втулка.

В обращенных друг к другу втулки 12, 13 и через отверстия 14, 15 в щеках 1, 2 коленчатого вала вставлена заглушка 16 с малым сквозным отверстием 17. Общая внутренняя поверхность втулок 12, 13, а также свободные поверхности заглушки 16, включая внутреннее отверстие 17. оснащены покрытием 18, которое, в частности, обеспечивает уплотнение кольцевого зазора между заглушкой и втулками.

В оба отверстия втулки 19 вставлены с припасовкой две заглушки 20, 21, проходящие через отверстия 22, 23 щек коленчатого вала, Также и в этом случае изображено покрытие 24. покрывающее внутреннюю поверхность гильзы 19 и торцовые поверхности заглушек 20, 21, включая их то или иное внутреннее отверстие 24, 5, соседние втулки, находятся в состоянии равновесия сил также при нагружении давлением и не нуждаются в специальной за. щите. Последняя необходима только применительно к неизображенным заглушкам в концевом положении. После окончательной обработки вала заглушки могут быть без труда извлечены, так как втулки.12, 13, 19, 26, 27 претерпели пластическое расширение в диаметре.

На фиг. 2 изображен участок распределительного вала, которыи состоит из отдельных, оснащенных уступами трубчатых элементов 28, 29. 30 на концах которых на25

35 сажены кулачки 31, 32 в качестве фиксирующих элементов, причем в соответствующие области труб вставлены чисто цилиндрические втулки 33, 34.

В концы этих гильз вставлены заглушки

35, 36, 37 со сквозными отверстиями 38, 39, 40, причем средняя заглушка входит своими концами в обе соседние втулки 33, 34. Свободно расположенная область втулки, а также торцовые поверхности заглушек 35, 36, 37 и их внутренние отверстия 38, 39,. 40 оснащены покрытием 41. Узел, состоящий из втулок и заглушек, включая покрытие, может вставляться в предварительно собранном состоянии в участки 28, 29, 30 труб с зафиксированными на них приводными элементами 31, 32 и после внутреннего нагружения давления и упругого расширения втулки 33, 34 оставаться там или удаляться из готового вала.

На фиг, 3 изображена та же конструкция, Вместо покрытия перед заглушками установлены легко деформируемые уплотнительные кольца 42, 43, 44, 45.

На фиг, 4 изображена, та же конструкция, что и на фиг.3, однако без использования уплотнительных колец, причем в данном случае необходима прессовая посадка, не разрушающаяся также при радиальном развальцовывании втулок 33, 34 или должно быть предусмотрено использование высоковязкой жидкости, которая закрывает зазор между заглушками 35, 36, 37 и втулками 33, 34.

На фиг. 5 изображен зонд 46 для рабочей жидкости, вставленный в распределительный вал, собранный из кулачков 31, 32 и трубчатых элементов 28, 29, 30, а также втулки 33, 34 и содержащий внутреннее отверстие 47, радиальные отверстия 48. 49 и попарно расположенные, симметрично последним уплотнения 50, 51. 52. 53. При нагружении давлением втулки претерпевают

Ф радиальную деформацию. выходящую за пределы упругости. и обеспечиваеъ осуществляемый с силовым замыканием зажим трубчатых элементов 28, 29, 30 в области кулачков, Ка левой половине рисунка концевые элементы 54, 55 трубчатых элементов 28, 29 вставлены друг в друга, в то время как на правой половине рисунка концевые элементы 56. 57трубчатых элементов имеют одинаковый диаметр и стыкуются друг с другом на половине длины кулачка 32, На фиг. 6 изображен кулачковый вал, который может изготавливаться по одному из описанных ранее способов или иным путем, например, посредсгвом насаживания в горячем состоянии или эапрессовывания, 1831597

10 или же с помощью соединения с использованием сварки или пайки.

Формула изобретения

1. Сборный вал; состоящий из полого вала и укрепленных на нем приводных эле- 5 ментиов, преимущественно кулачков, зубчатых колес и!или подшипниковых гильз, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и срока службы, полый вал выполнен из отдельных трубчатых 10 элементов ступенчатой формы, концевые участки которых расположены внутри приводных элементов или подшипниковых гильз и выполнены с наружным диаметром меньше.диаметра трубчатых элементов, 15 расположенных между приводными элементами или подшипниковыми гильзами, а вал снабжен втулками, установленными внутри концевых участков с радиальным силовым замыканием с ними, при этом кон- 20 цевые участки соседник трубчатых элементов выполнены с равными диаметрами или разными диаметрами и вставлены один в другой.

2, Способ изготовления сборного вала, 25 преимущественно коленчатого вала передаточного вала или кулачкового вала, при котором на полый вал надевают приводные элементы, в частности кулачки, зубчатые колеса и/или гильзы подшипников, и закреп- 30 ляют их путем раздачи полого вала посредством создания е его полости внутреннего давления рабочей среды, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения. прочности и сока службы полый вал выпал- 35 няют из отдельных трубчатых элементов ступенчатой формы, устанавливая концевые части меньшего диаметра внутри приводных элементов и/или гильз один в другом на втулках, размещенных внутри полого вала, при этом полости втулок заглушают с двух сторон пробками и подают в них рабочую среду.

3. Способ по и. 2, отличающийся тем, что перед подачей давления в полость вводят защитное покрытие.

4. Способ по и. 2, о. т л и ч а ю шийся тем, что вкачестве рабочей среды используют высоковязкую среду, например воск.

5. Способ по и, 3, отличающийся тем, что покрытие наносят путем ввода жидкой отвердевающей массы. б, Способ по п.3, отл и ч а ю щи йс я тем, что покрытие наносят путем ввода в полость гильзы трубки из пластически легкого деформируемого материала.

7. Способ по и. 3, отличающийся тем, что покрытие наносят набрызгованием из сопла, 8. Способ по и, 2, отличающийся тем, что раздачу гильз осуществляют в два этапа, причем на первом этапе подают рабочую среду в полости втулок при меньшем давлении, а на втором, давление повышают.

9. Способ по и. 3, отличающийся тем, что покрытие состоит из термопластичного материала, 10. Способпоп.3,отличающийся тем, что покрытие состоит из олова или другого легкоплавкого металла, 1831597

1(/(у Д

1831597

1831597

Составитель А. Сушкин

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор М Ткач

Заказ 2546 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва;Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101